ControlLogixTM系統在管道化控制系統中的應用

1 引言
管道化溶出裝置是從原西德引進的一套鋁冶煉世界先進技術之一，它具有能耗低、產量高、工藝簡單的特點。管道化溶出裝置就是將原礦漿通過熔鹽加熱后(365℃)形成偏鋁酸鈉的溶液，再經過沉降、過濾，分解培燒后生產出合格氧化鋁。在整個工藝過程中對建立熱平衡是關鍵，對壓力、溫度、液位以及熔鹽爐的自動控制技術要求較高。它影響整個工藝產品的性能和質量，因此對其系統進行全面分析和改造十分重要。

2 系統存在的問題分析
根據系統長期發生的故障分析，控制系統主要存在以下幾個方面的問題。
2.1 熔鹽爐的自動控制
熔鹽爐有十幾個聯鎖控制點，經常出現點不著爐的問題，風量不足、點火困難、補油通過量少、粘度大、蒸汽比例調節閥失控，上內、上外、下外的溫度報警連鎖，加熱量不足。
2.2 隔膜泵的自動控制
隔膜泵有十幾個連鎖點，任何一個連鎖點出現問題隔膜泵都無法啟動，P1、P2停留罐壓力誤報、連桿溫度誤報、補油量不足，減速機油量小等原因造成停車。還有計算機系統控制不穩定，波動量較大。采樣點設置不合理，準確靈敏度較低。
2.3 塔架自動控制
無法實現向蒸發器液位的自動控制，影響建立良好的系統液位，無法保證液位的控制，以致于經常出現液位較高，是BWT段(泛汽加熱段)帶料,造成K系統含堿超高，影響到沉降系統的穩定，對氧化鋁工藝生產穩定帶來破壞。
針對上述問題，綜合要解決:
(1) 液位、壓力、流量、密度的監控問題;
(2) 母液、礦漿泵等的速度控制控制問題;
(3) 進出口料漿溫度、冷卻水溫度、進出口熔鹽溫度、停留罐料漿溫度、出口乏汽溫度等的精確監控。

3 自控系統改造方案
按照工藝要求的條件，確定信號采樣點，將信號傳輸到DCS系統。通過執行達到控制對新的要求。通過對整個系統的綜合分析，把系統分為三大部分，即:
(1) 主控室，安裝四臺操作站，一臺PLC主站，一個從站，主要對風機、泵類變頻器的控制和監控，此部份共有:AI:30點，AO:13點，D1:105點，DO:36點;
(2) 塔架部份，此部份建立三個PLC分站，主要完成，各個主要工作點溫度，液位、電導率等及電動閥的控制。共有:AI:103點，AO:15點，D1:15點，DO:13點。
(3) 隔膜泵部份，此部份一個PLC分站，一個隔膜泵監控站，主要完成對隔膜泵膜片檢測、油壓、各種槽液位、密度、壓力、軸承溫度等的監控，共有:AI:63點，D1:18點，DO:2點。
根據管道化溶出對控制要求的高安全性和可靠性特點，經全面研究和論證，系統采用美國AB公司最新的Controllogix5000 PLC以及采用通訊速度快，具有冗余的Controlnet通訊網絡。
系統的通訊整體結構如圖1所示:

圖1 通訊整體結構圖

系統各采樣點的檢測和控制如圖2所示:

圖2 采樣和調節框圖

4 ControlLogixTM系統結構介紹
系統PLC CPU采用的是:1756-L55M23。Log- ix5000系列產品可以采用DH+、ControlNet、DeviceNet、以太網等網絡結構。管道化控制系統采用了ControlNet冗余通訊網絡，它具有獨特、先進、高效的Producer/Consumer技術，冗余、開放、高速、實時、對等地傳遞數據信息，網絡傳輸速率達5MB/S。ControlNet能夠可靠發送數據，具有高度的確定性。
工控機內安裝通訊卡，型號為1784-KTCX，與PLC之間通過ControlNet網進行通訊。通過Rslinx軟件可以方便地設定內存地址、站地址、中斷號等參數。上位機通過1784-KTCX網卡與1756-CNBR/D通訊模板互相連接。1756-CNBR/D冗余模板聯結兩條網絡主干線，通訊模板隨時接送兩條傳輸通道上的數據傳輸并檢驗。
整個系統在主控制室設四臺上位操作站，隔膜泵控制室設一個上位操作站，下位在主控制設一個PLC主站，一個PLC從站，塔架設三個PLC從站，隔膜泵控制室設一個PLC從站。所有站通過CONTROLNET冗余網絡通訊。
該系統由現場PLC完成數據采集、數據處理、控制運算、控制輸出等功能，與上層設備的信息交互通過現場總線進行，現場PLC單元通過現場總線和網橋設備與上層管理設備相連，向上層網絡傳送所要求的監控數據、系統運行信息和狀態，在上層網絡的監控計算機中以文字、列表、曲線、圖形和動畫的形式顯示現場數據、變化趨勢、故障情況和報警狀態，為管理人員的操作提供可靠，準確的實時信息;同時現場PLC單元接收上層管理下發的命令，進而實現整個系統的遠程監控系統。

5 結束語
改造后的系統效果顯著。隔膜系統出口壓力波動小,隔膜泵跳停少，對隔膜泵的進料量影響小;泛汽加熱段的溫度控制(BWT段)溫度穩定, 建立良好的熱平衡;使隔膜泵的進料達到了300m3/小時;溶出率達到90%以上;消除K7系統帶料(含堿)的問題;保證了熔鹽加熱溫度;確保了礦漿溶出溫度;建立了整個系統的熱平衡,給下一道工序沉降創造了條件;操作更加簡單方便;實現了自動化控制。
需進一步開發和解決的問題包括核定各采樣點的參數;模擬信號改為數字信號,確保參數的準確性;消除分站傳輸各種干擾信號的影響，程序控制的進一步優化。